《數(shù)字信號處理》課程設(shè)計任務(wù)書(13級)

PAGEPAGE4中 南 大 學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計目的：提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立分析和解決問題的能力；熟練使用一種高級語言進(jìn)行編程實現(xiàn)。二、課程設(shè)計內(nèi)容課程設(shè)計選題組一：一. 已知有限長序列x[n]=[1,-3,4,2,0,-2], h[n]=[3,0,1,-1,2,1]試編寫程序：1)實現(xiàn)它們的時域線性卷積2）利用DFT性質(zhì)，分別實現(xiàn)它們的圓周卷積和線性卷積。二.用DFT對連續(xù)信號做譜分析：設(shè)連續(xù)信號xa

(t)cos(200t)sin(100t)cos(50t)fs

400Hz,即T1/fs

對x(t)進(jìn)行采樣；ax(n)x(nT)w(n)w(n是窗函數(shù)。選取兩種窗函數(shù)：矩形窗函數(shù)aw(n)RN

(n)和Hamming窗，后者可用其定義式生成。截取時間長度為T0.04s4×0.04s、8×0.04s。p對上述過程生成的x(n)序列進(jìn)行DFT，畫出它們的時域與頻域波形，分析它們的頻譜特性，觀察不同長度、不同窗函數(shù)下的截斷效應(yīng)和譜間干擾，指出它們的區(qū)別并加以理論說明。三.設(shè)計數(shù)字高通濾波器，要求：ω=0.5πrad,A=1dB,ω=0.4πrad,A=30dBp p s S用雙線性變換法設(shè)計數(shù)字濾波器，模擬濾波器采用巴特沃斯濾波器原型，T＝1。畫出所設(shè)計的濾波器的幅度響應(yīng)。(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))四.數(shù)字音效處理讀取或錄制一段語音信號（或音樂信號，記錄其采樣頻率。分析聲音信號頻譜，畫出其時域和頻域波形實現(xiàn)聲音信號的快放、慢放功能實現(xiàn)對聲音信號的放大和衰減功能實現(xiàn)聲音信號的多重回聲效果，給出加入多重回聲后的信號頻譜。率區(qū)域。課程設(shè)計選題組二：一.驗證頻域采樣和時域采樣的對偶性。產(chǎn)生一個三角波序列x(n)，長度為M=40；計算N=64X(k)=DFT[x(n)]，并畫出x(n|X(k)|的波形3）對X(k)在[0,2]上進(jìn)行32點(diǎn)抽樣，得到X(k)＝X(2k)，k＝0,1,…,31。1求X(k32IDFTx(n)＝IDFT[X(k)]。1 1 1繪出x(n)的波形圖，觀察x(nx(n)的關(guān)系，并加以說明。1 1二.已調(diào)信號y(t)(Amx(t))cos(t)，其中x(t)為調(diào)制信號，cos(t)為載波。取x(t)m

tc

40,m

c c10。令A(yù)0,m1，實現(xiàn)抑制載波的幅度調(diào)制：x(ny(n)使用FFT實現(xiàn)解調(diào)過程，分析該解調(diào)過程中的信號頻譜，畫出其時域和頻域波形信號進(jìn)行比較。令A(yù)1,m0.5，實現(xiàn)含有載波的幅度調(diào)制。重復(fù)上述過程，觀察調(diào)制和解調(diào)結(jié)果，并畫出相應(yīng)波形，說明與抑制載波的幅度調(diào)制的區(qū)別三.利用切比雪夫I型設(shè)計一個數(shù)字低通濾波器，使其滿足：0.45, A1dBp p0.6, A25dBs s采用數(shù)字域頻率變換法、脈沖響應(yīng)不變法。T＝1。畫出所設(shè)計的濾波器的幅度響應(yīng)。(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))四.對于給出的一段被噪聲干擾的音樂信號noisy.wa，進(jìn)行去噪處理：讀入音樂信號，顯示信號的時域波形對讀取信號進(jìn)行FFT，分析其頻域特性，畫出其頻譜波形。根據(jù)信號頻譜分布特點(diǎn)，指定需要濾除或保留的頻帶，確定對應(yīng)的濾波器（低通/高通/帶通）指標(biāo)；4）根據(jù)確定的濾波器指標(biāo)（通帶截止頻率、阻帶截止頻率、通IIR/FIR（窗口法）對測試信號濾波，通過觀察信號頻譜和回放音樂信號，分析是否滿足濾波要求；對相同設(shè)計指標(biāo)，對比IIR/FIR的特點(diǎn)。課程設(shè)計選題組三：一.設(shè)有一連續(xù)時間信號s(t)20Hz220Hz750Hz斷效應(yīng)，分析確定采樣頻率及數(shù)據(jù)分析長度，計算并繪出信號的時域與頻域波形，指出各個頻率份量。二.對周期方波信號進(jìn)行濾波10Hz選擇適當(dāng)?shù)腄FTDFT，分析其頻譜特性，并繪出相應(yīng)曲線。40Hz和頻域波形變化如果該信號淹沒在噪聲中，試濾除噪聲信號。三.分別利用矩形窗、漢寧窗設(shè)計一個N=11的線性相位FIR高通數(shù)字濾波器，截止頻率radc 3

，要求：求出各濾波器的單位脈沖響應(yīng)（n；繪出各濾波器的幅頻及相頻響應(yīng)曲線；觀察各濾波器的通帶波紋和阻帶波紋，比較不同窗函數(shù)對濾波特性的影響；當(dāng)輸入為x(n)12cos(n)cos(n)時，計算各濾波器的輸出并畫出輸出波形的時域與頻域波形。4 2(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))四.多采樣率信號處理）讀取或錄制一段語音信號（或音樂信號，使采樣頻率大于或等于4量的最大值對獲取的信號進(jìn)行FFT，輸出信號的時域和頻域波形。D=2，3，4頻域波形，觀察頻譜變化現(xiàn)象，給出理論解釋。4）播放減采樣后信號，觀察采樣率不同條件下的聲音變化，解釋現(xiàn)象按內(nèi)插因子I=DD對插值后的信號進(jìn)行FFT理論解釋。7）根據(jù)插值后信號頻譜，設(shè)計相應(yīng)數(shù)字低通濾波器恢復(fù)出聲音信號?；胤怕曇粜盘枺容^它們與原信號的區(qū)別。課程設(shè)計選題組四：一.已知Gaussianx(n)e

(np)2q

, 0n15a 0, 其它衰減正弦序列eansinfn,0n15x(n)b 0, 其它1）觀察高斯序列的時域和幅頻特性，固定信號x(np=8qqa2，4，8q頻特性的影響；固定q=8，改變p，使p8，13，14，觀察參數(shù)pp2）用FFTx(n)（p＝8，q＝2）x(n)（a＝0.1，f＝0.0625）16a b積和線性卷積。二.已知序列x(n)=0.5sin(2fn)+sin(2fn),0n15，1 2令f0.22,f1

0.34，取N=16，32，64，128，畫出4個DFT的頻譜圖，分析DFT長度對頻譜特性的影響；取f1

0.22,f2

0.25，如何選擇DFT參數(shù)才能在頻譜分析中分辨出兩個頻率分量三.分別利用矩形窗、hamming窗設(shè)計一個N=15的線性相位FIR低通數(shù)字濾波器，截止頻率radc 3

，要求：求出各濾波器的單位脈沖響應(yīng)（n；繪出各濾波器的幅頻及相頻響應(yīng)曲線；觀察各濾波器的通帶波紋和阻帶波紋，比較不同窗函數(shù)對濾波特性的影響；當(dāng)輸入為x(n)12cos(n)cos(n)時，計算各濾波器的輸出并畫出輸出波形的時域與頻域波形。4 2(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))四.讀入一段語音信號（或音樂信號）在語音信號中分別加入以下幾種噪聲：（1）（2）多正弦干擾噪聲（包含兩個或以上正弦信號的干擾，其中一個是50Hz正弦信號干擾，另一個干擾正弦頻率必須位于語音信號主要頻率成分之間）繪出疊加噪聲前后的語音信號時域和頻域波形圖，播放語音信號，從聽覺上進(jìn)行對比，分析并體會含噪語音信號頻域和時域波形的改變根據(jù)信號的頻譜特性，設(shè)計IIRFIR用所設(shè)計的濾波器對被污染的語音信號進(jìn)行濾波；比，分析信號的變化，回放語音信號。6）較濾波效果。課程設(shè)計選題組五：一.設(shè)一序列x含有三種頻率成分：f1

2kHz,f2

2.05kHz,f3

1.9kHz,采樣頻率f10kHz，分別取Ns 1

64,N2

128點(diǎn)數(shù)據(jù)作頻譜特性分析，分別繪出x、x的64點(diǎn)DF64點(diǎn)x補(bǔ)0到128點(diǎn)時的DF128點(diǎn)x的DFTPAGEPAGE51二.三點(diǎn)平滑濾波器（FIR）的表達(dá)式為1y(n)(x(n)x(n1)x(n2))3因此M點(diǎn)平滑濾波器的表達(dá)式可表示成y(n)

11x(nk)Mk0令：S(n)cos(n)、S(n)cos(47n)1 10 2 50S是低頻正弦信號，S是高頻正弦信號1 2令 x（（）1 2要求：1）M=3時，寫出平滑濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)分別畫出s(n)、s(n)、x和M=3時的輸出y(n)的波形圖。并分析平滑濾波器的1 2特性。改變M的值（如令M=711，畫出它們對應(yīng)的輸出y(n)。分析M的大小對濾波器的影響。對于四個不同的M三.利用巴特沃斯濾波器原型設(shè)計一個數(shù)字帶通濾波器，使其滿足： 0.4, p1 p

0.5, Ap

3dB0.2, s1 s

0.7, As

30dB采用數(shù)字域頻率變換法、雙線性變換法。T＝1。(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))四.倒頻系統(tǒng)實現(xiàn)倒頻是目前對講機(jī)采用的一種語音保密技術(shù)。它是將信號的高頻和低頻進(jìn)行交換，即將信號的高頻部分搬到低頻段，而將低頻部分搬到高頻段。倒頻后的信號和原始信號具有相同的頻帶范圍。由于原始語音信號的頻率成分被置亂從而降低了可懂度，起到語音保密作用。在接受端采用同樣的倒頻器再將信號恢復(fù)。倒頻系統(tǒng)的工作原理如圖所示，設(shè)輸入信號的最高角頻率為m

。圖中HP是理想高通濾波器，其截止角頻率為b

，LP為理想低通濾波器，其截止角頻率為，m根據(jù)倒頻系統(tǒng)的原理框圖，要求：讀入或錄制一段語音信號PAGEPAGE8利用FFT選擇角頻率和b m

，設(shè)計相應(yīng)的低通、高通濾波器，畫出濾波器的幅頻特性圖課程設(shè)計選題組六：—.給定模擬信號：xa

(t)Aeatsin(t)u(t)，式中A444.128，502，0502 rad/sx(t進(jìn)行采樣，可得采樣序列0 ax(n)x(nT)AeanTsin(nT)u(nT)a 0選擇采樣頻率f=1觀測時間T50觀測所得序列x(n)及其幅頻特性|X(ejw)|s pfs

=300Hz，觀測此時|X(ejw)|的變化fs

=200Hz，觀測此時|X(ejw)|的變化要求分析說明原理，繪出相應(yīng)的序列及其它們對應(yīng)的幅頻特性曲線，指出|X(ejw)|的變化，說明為什么？二.一個連續(xù)信號含兩個頻率分量，經(jīng)采樣得x(n)=sin(2*0.125*n)+cos(2*(0.125+f)*n),n0,1,

,N1N=16，Δf1/161/64N=128ΔfDFT分析中分辨出兩個不同的頻率分量。三.1）N=15,1

0.3,2

0.5。用Hanning窗設(shè)計一線性相位帶通濾波器，觀察它的3dB20dBN=45N的影響；2）分別改用矩形窗和Blackman窗，設(shè)計1）中的帶通濾波器，觀察并記錄窗函數(shù)對濾波器幅頻特性的影響，比較三種窗的特點(diǎn)；(要求：應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)成的工具箱函數(shù))（以下四、五題任選一題四．圖像信號相關(guān)處理1）讀入一幅彩色圖像將彩色圖像進(jìn)行三原色分解，分解出、、B將彩色圖像灰度化，轉(zhuǎn)換為灰度圖像并顯示對灰度圖像用幾種典型的邊緣檢測算子進(jìn)行邊緣檢測，顯示檢測出的邊緣。1）讀入給定的CEG和弦音音頻信號CEG.wa，對其進(jìn)行離散傅立葉變換，分析信號頻譜。給出信號的時域及頻域波形。分析CEG（頻）進(jìn)行濾波（分別使用低通，帶通及高通，分離出三個能量最集中的頻帶，畫出濾波后信號的時域和頻域波形，并對濾波后的信號與原信號的音頻進(jìn)行聲音回放比較。任意選擇幾個濾出的頻帶進(jìn)行信號重建（合成），與原信號的音頻進(jìn)行聲音回放比較。本次課程設(shè)計共有六組選題，每組選題每班可有4-5人選擇，組內(nèi)同學(xué)獨(dú)立完成。三、課程設(shè)計要求1、使用或其它開發(fā)工具）2、課程設(shè)計報告的內(nèi)容包括：課程設(shè)計題目和題目設(shè)計要求；設(shè)計思想和系統(tǒng)功能分析；設(shè)計中關(guān)鍵部分的理論分析與計算，參數(shù)設(shè)置，關(guān)鍵模塊的設(shè)計思路；（4）測試數(shù)據(jù)、測試輸出結(jié)果，及必要的理論分析和比較總結(jié)，包括設(shè)計過程中遇到的問題和解決方法，設(shè)計心得與體會等；參考文獻(xiàn)；程序源代碼清單。3、演示系統(tǒng)使用GUI界面或混合編程實現(xiàn)集成打包發(fā)布，四、考核方式課程考核分三部分，一部分是上機(jī)率，占20%；第二部分是檢查成績，最后兩次上機(jī)為檢查時間，占50%；第三部分為課程設(shè)計報告，占30%。注意：若